3113001515 潘国豪
薄膜技术是指薄膜技术是薄膜制备、测试等相关的各种技术的总称。目前主要薄膜技术有它包括蒸发、溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、液相沉积和湿化学合成等等。现在薄膜技术在电子显示技术、通讯、信息工程、LED照明、太阳能薄膜电池等急剧增加都得到了广泛的应用，它们不仅成为一间独立的应用技术，而且成为材料表面改性和提高某些工艺水平的重要手段。这些年来，而这类的产品通常用。随着技术的逐渐发展，研制出新型半导体材料、新型光电器件、超大规模集成电路薄膜技术电路，越来越受到大家的关注，新材料将引领现代文明社会和高新技术发展。 1.1化学气相沉积
外延生长（外延）就是在一定条件下在单晶基片上生长一层单晶薄膜的过程，所生长的单晶片薄膜称为外延层。外延技术解决了半导体分立元件和集成电路中的许多问题，大大提高了器件的性能。气相外延生长是最早应用于半导体领域较成熟的外延技术，目前制备半导体单
晶体外延薄膜的最主要方法是化学气相沉积（简称CVD），CVD技术就是利用气态物质在固体表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程。 1.1.1硅化学气相沉积
硅气相外延是在各种半导体材料中的CVD十分成熟的，CVD的生长按生长设备分为闭管和开管两种。闭管外延将源材料、衬底、输运剂一起放在一密封容器内，容器重启或抽空。而开管外延是用载气将反应物由源区书晕倒衬底进行化学反应和外延生长，和副产物则被带出管外。但是这两种管法都采用了相同的化学原理。开管法相对会应用的比闭管用得多，开管法系统中化学反应偏离平衡态往往比较大，开管在运用过程更方便切能大批量生产。
在硅CVD外延生长中，在其管内会利用的基本热化学反应：歧化反应、还原反应、热解反应。每一种都有自己的优缺点，一般都是两种组合用的。
1.1.1.1外延生长
对CVD体系进行热力学分析对于气相外延生长反应的选择、反应器的设计和最佳工艺条件的确定会有一定影响。
在不同的硅源、温度中的外延生长速度也是不同的。（如图）
成核机制对于外延来说是很重要的，分为均匀成核和非均匀成核，但在外延生长中，我们更希望是后者因为前者在气相中存在硅颗粒或团簇形成将妨碍衬底上的硅单晶生长。
我们还可以通过掺杂改变半导体的特征获得不同的电学参数（导电类型和适当电阻率），生长参数对掺杂效果就会有不同影响：掺杂剂气体的分压、生长温度、生长速率。
1.1.1.2CVD技术的种类
CVD分为两类：①是在单晶衬底上气相沉积单晶外延层。②是是在衬底上沉积薄膜，包括多晶和非晶体薄膜。无论是哪个类型的CVD，都必须满足下列基本条件：其一，在沉积温度下，反应物必须具有足够高的蒸气压；其二，反应生产物，除了所需的沉积物为固态外，其余必须为气态；其三，沉积物本身的蒸气压应足够低，以保证在整个沉积反应过程中能使其保持在加热的衬底上；其四，衬底材料本身的蒸气压在沉积温度下也足够低。现在就是我们常见的CVD气囊游丝：常压CVD、低压CVD、超高真空CVD。
1.2脉冲激光沉积
脉冲激光沉积法（PLD）制备薄膜，将脉冲激光器产生的高功率脉冲激光聚焦于靶材表面，
使其表面产生高温及烧灼，并进一步产生高温高压等离子体，等离子体定向局域膨胀在衬底上沉积成膜。人们随即发现这种技术在超导体、半导体、铁电体、金刚石或类金刚石以及一些有机薄膜的制备中具有不可代替的优势，而且在制备低维结构材料方面也得到运用。
1.1.1u形管脉冲激光沉积概述
PLD技术想法是从世界第一台激光器问世不久后研究得到的想发。一束激光经透镜聚焦后投射到靶上，使被照射区域的物质烧灼，烧灼物择优沿着靶的法线方向传输，形成一个看起来像羽毛状的发光团——羽辉，最后烧灼物沉积到前方的衬底上形成一层薄膜。
PLD有点很多：低压气力输送1）车采用高光子能量和高能量密度的紫外脉冲激光作为产生等离子体的能
源，因而无污染又易于控制；2）课精确控制化学计量；3）可引入多种气体，可以在反应气氛中制膜；4）工艺简单，灵活性大，制备种类多。同时具备了不易制备大面积的膜、表面存在污染、均匀性差、靶材膜成分不一致的缺点。
1.1.1.1基本原理
激光与靶的作用决定了烧蚀物的组成、产率、速度和空间分布，而这些直接影响和决定着薄膜的组分、结构及性能。当激光辐射在不透明的凝聚态物质上被吸收时，被照射表面的一个薄膜被加热，结果使表面温度升高，同时对物质的内层进行热传导，使被加热层的厚度增加。由于热传导引起的热输运随时间而减慢，因此热传导不能使足够的热量进入物质内部，这将导致表面和表面附近的物质温度持续上升，直到蒸发开始。然后激光脉冲结束后烧蚀物从靶表面到衬底就是烧蚀物的传输过程，随着温度升高很多分子会被激发，电离乃至电离，随着传播的继续，激波越来越弱，直至最后衰减成声波，气相化学将再也不发生。烧蚀粒子在空间一段时间后运动到衬底表面，然后在衬底上成核、长大形成薄膜。
1.1.1.2工艺流程
PLD的系统设备简单，相反，它的原理却是非常复杂的物理现象。它涉及高能量脉冲辐射
冲击固体靶时，激光与物质之间的所有物理相互作用，亦包括等离子羽状物的形成，其后已熔化的物质通过等离子羽状物到达已加热的基片表面的转移，及最后的膜生成过程。所以，PLD一般可以分为以下四个阶段：1. 激光辐射与靶的相互作用2. 熔化物质的动态3. 熔化物质在基片的沉积4. 薄膜在基片表面的成核（nucleation）与生成
在第一阶段，激光束聚焦在靶的表面。达到足够的高能量通量与短脉冲宽度时，靶表面的一切元素会快速受热，到达蒸发温度。物质会从靶中分离出来，而蒸发出来的物质的成分与靶的化学计量相同。物质的瞬时溶化率大大取决於激光照射到靶上的流量。熔化机制涉及许多复杂的物理现象，例如碰撞、热，与电子的激发、层离，以及流体力学。
在第二阶段，根据气体动力学定律，发射出来的物质有移向基片的倾向，并出现向前散射峰化现象。空间厚度随函数cosnθ而变化，而n>>1。激光光斑的面积与等离子的温度，对沉积膜是否均匀有重要的影响。靶与基片的距离是另一个因素，支配熔化物质的角度范围。亦发现，将一块障板放近基片会缩小角度范围。
第三阶段是决定薄膜质量的关键。放射出的高能核素碰击基片表面，可能对基片造成各种破坏。下图表明了相互作用的机制。高能核素溅射表面的部分原子，而在入射流与受溅射
三方通话原子之间，建立了一个碰撞区。膜在这个热能区（碰撞区）形成后立即生成，这个区域正好成为凝结粒子的最佳场所。只要凝结率比受溅射粒子的释放率高，热平衡状况便能够快速达到，由於熔化粒子流减弱，膜便能在基片表面生成。
二十多年来，PLD技术已制备用于研发下一代应用的多种具有潜力的薄膜材料普遍采用的沉积技术之一。目前，PLD技术仍然是方兴未艾的薄膜制备技术、今后发展的主要方向。
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